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崑 山 科 技 大 學
半導體技術模擬 期末報告
題目:
離子佈植-不同回火溫度 之比較
班 級 :電 機 碩 一 姓 名 :林 界 宏 學 號 :G980J002
指 導 教 授 :李 道 聖 教 授
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目 錄
一 . 前 言 P3
二 . 離 子 佈 植 法 P3
三 . 離 子 佈 植 法 的 優 點 P3
四 . 離 子 佈 植 法 的 缺 點 P4
五 . 方 法 P4
六. 原始程式 P6
七. 模擬 P8
八. 模擬回火比較圖 P9
九. 模擬結果討論 P10
十. 結論 P10
十一. 參考文獻 P11
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一.前言 :
了解半導體廠中所使用離子植入器的相關知識，以及使 用suprem軟體模擬離 子植入對於矽晶片中的雜質分佈 與濃度問題。
二.離子佈植法(ion implantation) :
離子佈植的原理有點類似射擊，火藥威力越大，則子彈的能 量越大，速度也就越快，射入靶中的深度也越深。重點是：
想射到哪就射到哪。離子佈植的做法是以高電壓對離子化的 摻雜物質原子作加速動作，利用改變加速度電壓的大小來控 制離子植入的深度；利用精準的計算來控制被植入離子的個 數，也就是離子佈植的濃度；再加上離子佈植的方向控制較 高溫製程為佳，如此一來摻雜物質在IC中表現出來的特性將 會更符合設計者的要求。
三.離子植入的優點:
(a)摻雜濃度的準確控制 (b)良好的摻雜均一性
(c)摻質穿透深度的良好控制
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(d)產生一純離子束 (e)低溫製程
(f)穿透薄膜而植入摻質的能力 (g)沒有固體溶解度極限
四.離子佈植法的缺點:
離子植入的主要缺點為當帶能摻質離子轟擊大量矽原子 時，對晶體結構造成的損失。當高能離子進入晶體並與基板 原子碰撞時，能量被轉移而有一些矽原子從晶格中錯位。這 項作用稱之為輻射損壞，大部分或所有此種晶體損壞都可利 用高溫回火步驟予以修復。
五.方法 :
在半體廠中最常使用的摻雜方式為離子佈植。但是離子佈植 有一些的缺點，因為所有之矽晶圓階為單晶矽，但是離子佈 植後會變成為非晶矽，需要回火來使矽原子回復到原來的位 置。回火會影響到離子佈植中所設定的深度與濃度，所以需 要使用模擬來大致預測離子佈植參數中的能量與劑量。
利用 suprem 軟體模擬離子植入中的雜質，能量大小與摻雜
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量的模擬圖。
(1)主要的缺陷來源：
1. 晶粒邊界 2. 差排
3. 各種的點缺陷
(2)回火過程中間會有三個階段。
1. 第一階段是回復(recovery)。在回復的過程中，晶體內 部缺陷(例如空位)會移動回復正常晶格位置，同時內部 應力場也會跟著消失。
2. 第二階段是再結晶(recrystallization)。再結晶過程 中，新的晶粒成型，取代原本因內在應力而變形的晶粒。
當退火過程繼續進行。
3. 再結晶完成時，晶粒成長就會開始。晶粒成長過程中，
小的晶粒會與大的晶粒合併，減少材料內部晶界的數 目。晶粒成長的程度會嚴重影響到材料的機械性質。
(3)半導體製程的回火，最主要有兩種方法：
1. 爐管回火（furnace anneal）
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2. 快速熱回火: RTA （rapid thermal anneal)。
(4)回火主要的功用：
1. 植入離子活化 2. 增加薄膜緻密度
3. 回復離子入造成的破壞 4. 改變金屬晶格結構
六.原始程式:
# boron.in
#some set stuff set echo
option quiet mode one.dim
#the vertical definition
line x loc = 0 spacing = 0.02 tag = top line x loc = 0.50 spacing = 0.02
line x loc = 2.0 spacing = 0.25 tag=bottom
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#the silicon wafer
region silicon xlo = top xhi = bottom
#set up the exposed surfaces
bound exposed xlo = top xhi = top
#calculate the mesh init boron conc=1.0e14
#the pad oxide
deposit oxide thick=0.075
#the uniform boron implant
implant boron dose=3e14 energy=90 pearson
structure out=boron0.str
#plot the initial profile
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#sel z=log10(boron)
#plot.1d x.ma=2.0 y.mi=14.0 y.max=20.0
#the diffusion card
diffuse time=.17 temp=1200
#save the data
structure out=rta4.str
#plot the final profile
#sel z=log10(bor)
#plot.1d x.v=0.1 cle=f axi=f
七.模擬：
固定能量為 90kev，改變回火溫度 90kev，800 度
90kev，900 度 90kev，1000 度 90kev，1100 度
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90kev，1200 度
P.S.：改變回火溫度來看其變化
八.模擬回火比較圖:
固定能量為 90kev，改變回火溫度(黑色回火前、紅色 800 度、
綠色 900 度、藍色 1000 度、淺藍 1100 度、粉紅色 1200 度)
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九.模擬結果討論：
固定能量為 90kev，改變回火溫度(800 度~1200 度) 磨擬回火前後曲線比較：
回火前濃度比較回火後 → 高 回火前深度比較回火後 → 淺 回火後濃度比較回火前 → 低 回火後濃度比較回火前 → 深 模擬回火後曲線比較：
溫度越小 → 濃度越高、深度越淺。
溫度越大 → 濃度越低、深度越深。
十.結論：
利用 suprem 軟體模擬離子植入中的雜質，能量大小與摻雜 量的模擬圖，可以減少不少成本花費，事先作好好模擬以免 在半導體製程上有所缺失，畢竟在半導體製程上每一項製程 都將花費相當昂貴的費用，如果是先利用 suprem 做模擬的 話可以減少不必要的支出，這次的模擬，讓我們明顯發現回 火溫度越小，硼的濃度越高、深度越淺；回火溫度越大，硼 濃度越低、深度越深。。
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十一.參考文獻:
(A) 半導體技術模擬報告-不同回火溫度與不同能量變化 作者:陳榮泰
(B)半導體製造技術 滄海書局
